使用Warnier-Orr圖設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)固件

　　對(duì)于我們大多數(shù)為嵌入式系統(tǒng)編寫固件和軟件的人來(lái)說(shuō)，普遍希望立即投入編碼，而忽略或很少關(guān)注關(guān)鍵的程序設(shè)計(jì)階段。不幸的是，這種沖動(dòng)在我們的領(lǐng)域比在其他領(lǐng)域更為明顯。

　　例如，如果沒(méi)有完全開發(fā)的藍(lán)圖或原理圖，建筑商或硬件工程師永遠(yuǎn)不會(huì)開始施工。另一方面，即將推出的固件開發(fā)人員經(jīng)常直接進(jìn)入編碼階段，而沒(méi)有完全開發(fā)其程序邏輯，這通常會(huì)導(dǎo)致混亂的“意大利面條”程序（圖 1）。

　　在次設(shè)計(jì)之前編寫代碼是一種不好的做法，會(huì)導(dǎo)致混亂的“意大利面條”程序。

　　圖 1.在首次設(shè)計(jì)之前編寫代碼是一種不好的做法，會(huì)導(dǎo)致混亂的“意大利面條”程序。

　　他們通過(guò)以下三種方式之一來(lái)做到這一點(diǎn)：

　　他們同時(shí)嘗試設(shè)計(jì)和編碼（這種方法被稱為“設(shè)計(jì)一點(diǎn)，編碼一點(diǎn)”）

　　他們?cè)陂_發(fā)程序的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)于依賴編程語(yǔ)言的約束

　　他們完全跳過(guò)設(shè)計(jì)步驟，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為該項(xiàng)目“太簡(jiǎn)單”，或者他們對(duì)自己的能力過(guò)度自信，也就是“我太聰明了”。

　　這種急于編寫代碼的行為可能會(huì)適得其反，并終花費(fèi)更多的開發(fā)時(shí)間，因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)某绦蚩赡軙?huì)導(dǎo)致許多本來(lái)可以通過(guò)仔細(xì)規(guī)劃來(lái)避免的錯(cuò)誤。

　　例如，如果您使用“設(shè)計(jì)一點(diǎn)、編碼一點(diǎn)”的方法，那么隨著設(shè)計(jì)的不斷變化，您可能需要擦除或重新輸入很多內(nèi)容。您的程序的長(zhǎng)度將是其應(yīng)有的兩倍，效率將是其應(yīng)有的一半。如果認(rèn)為跳過(guò)程序的設(shè)計(jì)階段會(huì)加快開發(fā)過(guò)程，并且您的嵌入式系統(tǒng)將立即啟動(dòng)并運(yùn)行，那么這可能是一個(gè)巨大的錯(cuò)誤。

　　事實(shí)上，為微控制器構(gòu)建經(jīng)濟(jì)代碼的關(guān)鍵是在編寫一行代碼之前花時(shí)間系統(tǒng)地設(shè)計(jì)程序。這也稱為結(jié)構(gòu)化編程，它會(huì)導(dǎo)致代碼占用更少的內(nèi)存，需要更短的處理時(shí)間，并且通常在次嘗試時(shí)就可以正確運(yùn)行。

　　結(jié)構(gòu)化編程意味著對(duì)問(wèn)題有透徹的理解。它涉及自上而下的分析，將問(wèn)題分解為越來(lái)越小的部分，直到每個(gè)部分都有明顯的解決方案或功能。同時(shí)，它還涉及使用三種控制結(jié)構(gòu)（序列、交替、重復(fù)或循環(huán)）來(lái)組織或組合功能。

　　為此，在結(jié)構(gòu)化編程中設(shè)計(jì)程序的一種流行工具是使用 Warnier-Orr 圖，該圖以創(chuàng)建者 Jean-Dominique Warnier 和 Kenneth T. Orr 的名字命名。

　　Warnier-Orr 圖清晰可見

　　Jean-Dominique Warnier 和 Kenneth Orr 創(chuàng)建了 Warnier-Orr 圖作為可視化工具，用于顯示復(fù)雜數(shù)據(jù)或流程的層次結(jié)構(gòu)分解。它的主要用途是表示程序的邏輯結(jié)構(gòu)。

　　程序是一組有序指令，用于處理輸入數(shù)據(jù)以產(chǎn)生結(jié)果。您正在編程的微控制器只是一個(gè)快速信息處理工具。

　　輸入的數(shù)據(jù)、結(jié)果、程序都是信息文件。這些信息文件不是完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)，但可以嵌套在其內(nèi)部。也就是說(shuō)，它們可以分解為子部分并以父子方式分層組織。

　　Warnier-Orr 圖允許您定義所需的輸出并逆向工作，分解產(chǎn)生所需結(jié)果所需的輸入和流程步驟。然后，它可以幫助您以圖形方式表示程序步驟的層次結(jié)構(gòu)以及已分解的輸入和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　Warnier-Orr 圖概述和注意事項(xiàng)

　　1. Warnier-Orr 圖用括號(hào)在頁(yè)面上水平繪制程序或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（圖 3）。

　　Warnier-Orr 圖的示例。 A 分為子部分 B、C 和 D。D 分為子部分 E、F、J 和 H。

　　圖 3.Warnier -Orr 圖示例。A 分為子部分 B、C 和 D。D 分為子部分 E、F、J 和 H。

　　每個(gè)括號(hào)代表括號(hào)前面的數(shù)據(jù)項(xiàng)或流程步驟的功能細(xì)分。括號(hào)代表單獨(dú)的層次級(jí)別，每個(gè)括號(hào)內(nèi)的項(xiàng)目在邏輯上是相關(guān)的。

　　2. Warnier 圖在括號(hào)內(nèi)從左到右、從上到下閱讀。

　　3. 對(duì)于程序結(jié)構(gòu)表示，Warnier-Orr 圖的每個(gè)括號(hào)都是一個(gè)視覺(jué)提示，表示已完成程序中的子例程。

　　4. 當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目或函數(shù)下面帶有符號(hào) （0，1） 時(shí)，表示它存在或不存在、選擇或未選擇、或假或真。

　　5. “+”表示包含 OR。當(dāng)括號(hào)中的兩個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目或步驟用“+”分隔時(shí)，表示包括其中之一或另一個(gè)，或兩者都包括在內(nèi)。

　　6. 符號(hào)“？”表示異或。當(dāng)括號(hào)內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目或步驟用“？”分隔時(shí)，表示包括或執(zhí)行其中一項(xiàng)，但不是兩項(xiàng)。

　　7. 符號(hào)“（n， N）”表示函數(shù)將被執(zhí)行的次數(shù)（圖 4）。

　　使用 Wanier-Orr 圖分解智能鎖數(shù)據(jù)。

　　圖 4.使用 Wanier-Orr 圖分解智能鎖數(shù)據(jù)。

　　8. 符號(hào)“？N”符號(hào)表示要測(cè)試的條件以確定將選擇哪個(gè)功能。圖 5 所示圖表的腳注詳細(xì)介紹了這些條件。

　　已分解為子部分的程序的邏輯表示。

　　圖 5.已分解為子部分的程序的邏輯表示。圖片由分析師和程序員圖表技術(shù)提供

　　9. 當(dāng)表示一個(gè)程序時(shí)，每個(gè)層級(jí)或子功能都由三個(gè)部分組成。它們是開始、流程步驟和結(jié)束。

　　現(xiàn)在，有了 Warnier-Orr 工具，您就可以為下一個(gè)嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)程序了。

　　邏輯設(shè)計(jì)微控制器程序的步驟

　　為微控制器構(gòu)建良好的程序需要系統(tǒng)的方法。Jean Warnier 和其他作者在《編程技術(shù)》一書中介紹了四個(gè)設(shè)計(jì)步驟，幫助您設(shè)計(jì)的程序，并從導(dǎo)致我們首先創(chuàng)建它們的問(wèn)題中得出它們。

　　第 1 步：識(shí)別輸出

　　步也是重要的一步是確定程序所需的輸出。您必須問(wèn)自己這個(gè)問(wèn)題：“我希望程序做什么？” 確保您盡可能清楚地回答這個(gè)問(wèn)題。

　　步驟 2：定義邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)

　　一旦明確定義了輸出，您就可以識(shí)別所需的輸入，并定義這些輸入的屬性。此步驟有助于確?？紤]到所有必要的輸入，以及一刻的添加，例如“哎呀，我忘了輸入一些內(nèi)容到。..。..”。。。”。保持在限度。

　　當(dāng)您能夠回答步驟一和步驟二中的問(wèn)題時(shí)，您就完成了別的設(shè)計(jì)。

　　第三步：設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)

　　接下來(lái)，設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)分兩步完成：自上而下的分析和綜合。

　　自上而下的分析：

　　自上而下的分析涉及將程序分解為許多更詳細(xì)的子功能。從別開始，這是描述整體功能的單個(gè)塊，然后逐步將該功能擴(kuò)展為詳細(xì)的子功能。通過(guò)此步驟，不必太擔(dān)心程序中子函數(shù)的執(zhí)行順序。你只關(guān)心應(yīng)該做什么，而不關(guān)心應(yīng)該如何做。

　　由于其中大部分內(nèi)容都是直觀的，因此請(qǐng)慢慢開始該過(guò)程，不要試圖太快地開發(fā)太多細(xì)節(jié)。

　　合成：

　　完成自頂向下的分析后，您已將程序簡(jiǎn)化為基本組件的集合。綜合涉及決定應(yīng)以什么順序執(zhí)行功能。組織這些函數(shù)的三個(gè)基本邏輯結(jié)構(gòu)是序列、if-then-else 和循環(huán)。這些的組合可用于構(gòu)建復(fù)雜的函數(shù)。

　　第 4 步：使用 Warnier-Orr 圖來(lái)表示您的設(shè)計(jì)

　　使用 Warnier-Orr 圖將其轉(zhuǎn)化為概述。整個(gè)圖應(yīng)該只包含邏輯語(yǔ)句，而不包含代碼。這使得文檔易于理解。